한국과학재단과 서울경제신문이 공동 주관하고 과학기술부와 한국방송공사(KBS)가 후원하는 「이달의 과학기술자상」(2001년6월 수상자) 제51회 시상식이 김영환 과학기술부 장관, 김정덕 한국과학재단 이사장 등이 참석한 가운데 6월7일 11시 과기부 상황실에서 개최됐다. 제51회 시상자는 중에너지 이온산란을 이용한 초박막 표면계면 분석기술을 개발한 문대원 박사(한국표준과학연구원)가 선정돼 과학기술부 장관상과 부상 1000만원을 수상했다. 첨단 반도체 소자 및 정보통신 소자의 개발에는 여러 원자층으로 만들어진 초박막의 성장이 필수적이어서 이러한 초박막의 표면/계면에 대한 조성 및 구조를 더욱 더 미세한 원자 단위의 인위적 제어 기술이 요구되며 이에 따른 박막의 표면/계면 분석에도 원자를 분해하는 수준의 나노 분석기술이 요구된다. 문대원 박사는 중 에너지(10만 볼트) 이온산란 장비를 자체 제작해 수 원자층 두께 초박막과 그 계면의 조성 및 결정 구조를 원자층 분해능으로 측정할 수 있는 나노 분석기술을 개발했다. 우리 눈에는 꽉 차있는 것처럼 보이는 모든 고체도 10만볼트 정도로 가속된 수소 혹은 헬륨 이온에게는 텅 빈 방안에 조그만 고무풍선이 떠있는 것과 같이 보인다. 10만볼트로 가속되어 1초에 수백km의 속도로 날아가는 수소이온을 탁구공에 비유한다면, 중에너지 이온 산란이란 고무풍선들이 떠있는 방안에 탁구공 여러 개를 창문을 통해 매우 세게 던져서 몇개가 어느 각도로 얼마나 세게 다시 퉁겨 나오는가를 측정해 방안에 고무풍선들이 몇개가 있는가, 그 고무풍선들은 얼마나 무거운가, 그 고무풍선들은 창문에 얼마나 가까이 있는지, 그 고무풍선들은 무질서하게 분포되어 있는가 규칙적으로 배열되어 있는가 등의 여러 질문에 대한 해답을 정량적으로 줄 수 있는 기술이다. 전문적인 용어로는 수 나노미터 초박막 표면 계면의 조성정량 및 깊이분포 분석과, 원자구조 및 응력분석을 단원자층 깊이 분해능으로 할 수 있다고 표현한다. 문 박사는 5년간의 노력끝에 실험을 위한 장비를 자체 제작했는데, 장비의 분석능력은 초박막 표면계면 조성 및 응력 분석에 있어 사실상 세계 최고의 수준이다. 이 설비를 이용한 주요 연구대상은 산업용으로 가장 많이 쓰이는 고집적 반도체 소자 개발과 관련된 2-5나노미터 산화실리콘 절연막(SiO2/Si(100) 계면 조성 및 응력분포 분석, 게르마늄실리콘(Ge/Si(100) 초박막 및 초격자의 성장과정 연구, 이온빔에 의한 표면 손상, 코발트/플래티넘Co-Pt) 자성 박막 계면반응 및 확산 등을 들 수 있다. 분석한 실리콘 산화막은 자체 제작 시료 뿐만 아니라 삼성, 현대 등 반도체 메이커가 제작한 산업현장 실리콘 산화막 시료도 각 공정 개발에 따른 계면의 변화에 대한 제어를 위해 분석했고, 유럽의 필립스도 현재 연구중인 1-2나노미터 실리콘 산질화막의 분석을 의뢰했다. 확립된 분석법을 단순 기초연구로 사용하지 않고 산업체의 실제 현장시료를 주요 연구 대상으로 삼아 개발된 첨단 분석법을 산업현장에 직접 적용해 국내의 최첨단 산업현장의 문제를 이해하고 해결하는데 매우 유용하게 활용했다는 것에 큰 의미를 둘 수 있다. 문 박사는 최근 3년간 중에너지 이온산란 분석법을 이용한 초박막 표면계면 연구를 통해 미국물리학회에서 발행되는 Physical Review Letter, Applied Physics Letter, Physical Review "B" 등 매우 수준높은 관련 국제논문 13여편을 발간했고 현재 7편이 투고중이다. 또 중에너지 이온산란 분석법에 대한 초청강연을 위해 3년간 9회나 관련 국제학회에 초청강연을 갖는 등 연구업적이 국제 최고 수준으로 인정받고 있다. <Chemical Daily News 2001/06/09> |
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